Ett team av Carnegies högtrycksfysiker har skapat en form av kol som är hård som diamant, men amorf, vilket betyder att den saknar den storskaliga strukturella upprepningen av en diamants kristallina struktur. Deras resultat redovisas i Naturkommunikation .

Kol är en del av till synes oändliga möjligheter, eftersom konfigurationen av dess elektroner tillåter många självbindande kombinationer som ger upphov till en rad material med varierande egenskaper.

Till exempel, vissa former av kol, som kol, är vad som kallas amorfa, vilket betyder att de saknar den långväga repetitiva strukturen som utgör en kristall.

Andra former av kol är kristallint, inklusive både transparenta, superhårda diamanter, och mjuk, ogenomskinlig grafit. De har olika egenskaper, till viss del, eftersom kolatomerna som består av dem är bundna i olika konfigurationer. Diamanter har en bindningsstruktur som kallas sp3 och kolet i grafit hålls samman med det som kallas sp2-bindningar.

Förändringar i konfigurationen av kolbindningarna som formar någon av dessa ämnen kan induceras genom att förändra yttre förhållanden, som temperatur och tryck, liknande hur vatten fryser till is eller kokar till ånga.

Carnegie-teamet – inklusive huvudförfattaren Zhidan "Denise" Zeng, liksom Liuxiang Yang, Qiaoshi Zeng, Yue Meng, Wenge Yang, och Ho-kwang "Dave" Mao – använde extrema påtryckningar för att upptäcka sin nya form av amorfa diamant.

Andra element som liknar kol - germanium och kisel - har former som helt består av extremt starka sp3-bindningar och ändå amorfa. Men tills nu, en liknande fas av kol hade aldrig syntetiserats.

Teamet kunde skapa amorf diamant genom att bringa en strukturellt oordnad form av kol som kallas glasartat kol upp till nästan 500, 000 gånger normalt atmosfärstryck (50 gigapascal) och cirka 2, 780 grader Fahrenheit (1, 800 grader kelvin). Detta är ett temperatur- och tryckområde som inte har undersökts i ansträngningarna att skapa amorf diamant.

Provet de skapade behöll sin strukturella förändring och inkompressibilitet när det väl återgick till omgivningstemperatur och tryck. Vad mer, sofistikerade spektroskopiverktyg visade att deras nya material har sp3-kolbindningar, trots att den är amorf och saknar en kristallordning.

"Vår amorfa diamant är tät, transparent, superstark och potentiellt superhård med mer otroliga egenskaper som ännu inte har upptäckts, " förklarade Zeng.

Nästa steg för att undersöka denna amorfa diamants egenskaper är att mäta dess hårdhet, styrka, optiska egenskaper, och termisk stabilitet.